A fekete lyukak a természet egyik legfélelmetesebb és leginkább rejtélyes ereje. Ugyanakkor alapvető fontosságúak az asztrofizika megértésében. A fekete lyukak nemcsak az olyan hatalmas csillagok eredményei, amelyek életük végén szupernóvá válnak, hanem kulcsfontosságúak az általános relativitáselmélet megértésében is, és úgy gondolják, hogy szerepet játszottak a kozmikus evolúcióban.
Emiatt a csillagászok évek óta szorgalmasan megkísérelik a fekete lyukak népszámlálását készíteni a Tejút galaxisban. Az új kutatások azonban azt mutatják, hogy a csillagászok a fekete lyukak egy egész osztályát figyelmen kívül hagyhatták. Ez egy nemrégiben tapasztalható felfedezésből származik, ahol egy csillagászok egy fekete lyukat észleltek, amely alig több mint három napenergiát jelent, és ez a legkisebb fekete lyuk, amelyet eddig fedeztek fel.
A „Nem interaktív kis tömegű fekete lyuk - óriás csillag bináris rendszer” című tanulmány nemrég jelent meg a folyóiratban Tudomány. A felelős csoportot az Ohio Állami Egyetem csillagászai vezette, és tagjai voltak a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központból, a Carnegie Tudományos Intézet Megfigyelőközpontjaiból, a Sötét Kozmológia Központból, valamint a több megfigyelő intézetből és egyetemből.
A felfedezés különösen figyelemre méltó, mivel olyan tárgyat azonosított, amelyről az asztrofizikusok korábban nem tudták, hogy létezik. Ennek eredményeként a tudósok most arra kényszerültek, hogy újból megfontolják, mit gondoltak a galaxisunk fekete lyukainak populációjáról. Mint Todd Thompson, az Ohio Állami Egyetem csillagászati professzora és a tanulmány vezető szerzője elmagyarázta:
„Megmutatjuk ezt a tippet, hogy van egy másik népesség is ott, amelyet még nem kell valóban vizsgálnunk a fekete lyukak keresése során. Az emberek megpróbálják megérteni a szupernóva robbanásokat, hogy a szupermasszív fekete csillagok felrobbannak, hogyan alakultak az elemek a szupermasszív csillagokban. Tehát, ha felfednénk a fekete lyukak új populációját, akkor többet tudna meg arról, hogy mely csillagok robbannak fel, melyek nem, melyik képezik fekete lyukakat, melyek neutroncsillagokat képeznek. Ez új tanulmányi területet nyit meg. ”
A csillagászok a térben és az időben bekövetkező befolyásuk miatt régóta keresik a fekete lyukakat és a neutroncsillagokat. Mivel ők is eredményeik a csillagok meghalásakor, információkat is szolgáltathatnak a csillagok életciklusairól és az elemek kialakulásáról. Ennek érdekében a csillagászoknak először meg kell határozniuk, hol helyezkednek el a fekete lyukak galaxisunkban, ami megköveteli, hogy tudják, mit kell keresni.
Az egyik módja annak, hogy megtalálják őket, keressen egy bináris rendszert, ahol két csillag kölcsönös gravitációja miatt egymás körüli pályára van zárva. Amikor az egyik csillag élettartama végén gravitációs összeomláson megy keresztül, akkor az összeomlik, vagyis neutroncsillagot vagy fekete lyukat képez. Ha a társcsillag elérte fejlődésének vörös ágát (RBP), akkor jelentősen kibővül.
Ez a terjeszkedés azt eredményezi, hogy a vörös óriás ki lesz téve fekete lyukának vagy neutroncsillagjának. Ennek eredményeként az anyag elhúzódik az előbbi felületéről, és az utóbbi lassan fogyaszt. Ezt bizonyítja a hő és a röntgen, amelyek a csillagból származó anyagként a fekete lyuk társára akkreditálódnak.
Mostanáig a csillagászok által galaxisunkban található összes fekete lyuk öt és tizenöt napenergiát mutatott. A neutroncsillagok ezzel szemben általában nem haladják meg a körülbelül 2,1 napelemes tömeget, mivel bármi, ami nagyobb, mint 2,5 napelemes tömeg, összeomlik, és így fekete lyuk képződik. Amikor a LIGO és a Szűz együttesen észlelte a fekete lyuk fúziója által okozott gravitációs hullámokat, akkor 31 és 25 napenergiát képviseltek.
Ez azt bizonyította, hogy fekete lyukak fordulhatnak elő azon kívül, amit az csillagászok a normál tartománynak tartottak. Ahogy Thompson mondta:
Azonnal mindenki olyan volt, mint a „wow”, mert olyan látványos dolog volt. Nem csak azért, mert bizonyította, hogy a LIGO működik, hanem azért is, mert hatalmas tömegek voltak. Az ilyen méretű fekete lyukak nagy ügy - még nem láttuk őket. ”
Ez a felfedezés arra késztette Thompsonot és kollégáit, hogy fontolják meg annak lehetőségét, hogy lehetnek olyan fel nem fedezett tárgyak, amelyek a legnagyobb neutroncsillagok és a legkisebb fekete lyukak között helyezkednek el. Ennek vizsgálatához elkezdték az Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - egy csillagászati felmérés - adatainak kombinálását, amely körülbelül 100 000 csillag spektrumait gyűjti a galaxisban.
Thompson és munkatársai megvizsgálták ezt a spektrumot olyan változások jeleire, amelyek jelzik, hogy egy csillag esetleg egy másik tárgy körül kering. Pontosabban, ha egy csillag Doppler-eltolódás jeleit mutatta - ahol a spektruma váltakozik a sötétebb irány felé tolódás és a vöröses hullámhossz között -, ez azt jelzi, hogy egy láthatatlan társ körül keringhet.
Ez a módszer az egyik leghatékonyabb és legnépszerűbb módszer annak meghatározására, hogy egy csillagnak bolygók keringő rendszere van-e. Ahogy a bolygók csillagot keringnek, gravitációs erőt gyakorolnak rá, ami oda-vissza mozog. Thompson és kollégái ugyanezt a fajta eltolódást használták annak meghatározására, hogy az APOGEE csillagok esetleg kering-e egy fekete lyukon.
Akkor kezdődött, amikor Thompson az APOGEE adatait 200 jelöltre szűkítette, ami a legérdekesebbnek bizonyult. Ezután átadta az adatokat Tharindu Jayasinghe-nak (az Ohio állambeli diplomás kutató munkatársának), aki ezután az All-Sky automatizált szupernóvák felméréséből (ASAS-SN) származó adatokat - melyeket az OSU működtet és több mint 1000 szupernóvát talált össze - ezreket állít össze. az egyes jelöltek képeit.
Ez egy hatalmas vörös csillagot tárt fel, amely úgy tűnt, hogy valami körül kering, amely sokkal kisebb, mint bármely ismert fekete lyuk, de sokkal nagyobb, mint bármely ismert neutroncsillag. Miután az eredményeket a Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) és a Gaia műhold további adataival ötvözték, rájöttek, hogy a Napo tömegének körülbelül 3,3-szorosainak megfelelő fekete lyukot találtak.
Ez az eredmény nemcsak megerősíti az alacsony tömegű fekete lyuk új osztályának létezését, hanem új módszert is biztosított a helymeghatározáshoz. Amint Thompson kifejtette:
„Amit itt tettünk, új módszert találtunk a fekete lyukak keresésére, de potenciálisan azonosítottuk az alacsony tömegű fekete lyukak új osztályának egyikét is, amelyről a csillagászok korábban még nem tudtak. A dolgok tömege mond bennünket kialakulásukról és fejlődésükről, és a természetükről.
